一種雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，該方法基于混合邏輯動(dòng)態(tài)建立雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型，并采用模型預(yù)測(cè)控制方法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化控制，在決策出雙行星排式混合動(dòng)力汽車最佳驅(qū)動(dòng)模式切換序列的同時(shí)，還能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩分配進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量的高效管理。本發(fā)明針對(duì)雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)存在的混雜特征，采用混雜系統(tǒng)理論及其控制方法來解決雙行星排式混合動(dòng)力汽車的能量管理問題，具有針對(duì)性強(qiáng)、實(shí)用性高、優(yōu)化性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理方法，尤其涉及一種雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙行星排式混合動(dòng)力汽車是以雙行星排式齒輪機(jī)構(gòu)作為動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)，因此，系統(tǒng)能夠選取的驅(qū)動(dòng)模式更多，如何設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)高效的能量管理控制策略成為充分發(fā)揮雙行星排式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)性能優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。
[0003]雙行星排式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、電池以及兩個(gè)電機(jī)構(gòu)成，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)不同工作狀態(tài)的組合構(gòu)成了雙行星排式混合動(dòng)力汽車多種驅(qū)動(dòng)模式，在不同驅(qū)動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗和電池荷電狀態(tài)變化過程并不相同。因此，雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)中既包含如發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗和電池荷電狀態(tài)這樣的連續(xù)變量，又包含如發(fā)動(dòng)機(jī)啟停狀態(tài)切換以及電池充放電狀態(tài)切換這樣的離散事件，其中，連續(xù)變量的狀態(tài)更新為連續(xù)動(dòng)態(tài)過程，而離散事件一方面決定了連續(xù)變量的更新規(guī)律，同時(shí)其演變也受到連續(xù)變量在演化過程中突破設(shè)定閾值的驅(qū)動(dòng)。由上述分析可以看出，雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)具有明顯的混雜動(dòng)態(tài)特征，為典型的混雜系統(tǒng)。
[0004]近年來，混雜系統(tǒng)及其控制理論已逐步走向?qū)嶋H工程應(yīng)用，在國(guó)外，混雜系統(tǒng)理論已成功解決汽車電子油門非線性控制、汽車牽引力控制以及空中交通管理等實(shí)際工程問題，在國(guó)內(nèi)，混雜系統(tǒng)理論在深液流栽培試驗(yàn)溫室溫度控制、機(jī)器人焊接過程控制以及半主動(dòng)空氣懸架控制等方面也取得了成功應(yīng)用。混雜系統(tǒng)及其控制理論已經(jīng)被公認(rèn)為對(duì)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、機(jī)器人控制等復(fù)雜工程技術(shù)問題的解決具有重要指導(dǎo)意義。
[0005]目前采用的混合動(dòng)力汽車能量管理策略中，基于規(guī)則的能量管理策略雖然不依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，但設(shè)計(jì)目標(biāo)單一，不能適用于多工況和多駕駛條件的靈活控制；全局最優(yōu)算法需要明確整個(gè)工況運(yùn)行數(shù)據(jù)才能進(jìn)行全局尋優(yōu)，具有一定的局限性；瞬態(tài)優(yōu)化控制策略雖然可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)最優(yōu)控制，但計(jì)算量大，運(yùn)行成本高，同時(shí)需要建立比較精確的預(yù)估模型，從而限制了其在混合動(dòng)力汽車上的推廣應(yīng)用。更為關(guān)鍵的是，上述能量管理策略的側(cè)重點(diǎn)都在于獲取控制規(guī)則的方式，卻忽略了研究對(duì)象也就是混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)本身所存在的一些復(fù)雜特征，因而難以有效解決上述策略應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車上所存在的一些局限性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有的混合動(dòng)力汽車上所存在的一些局限性問題，本發(fā)明提出一種基于混雜系統(tǒng)及其控制理論的雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理控制方法，實(shí)現(xiàn)雙行星排式混合動(dòng)力汽車的能量高效管理。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，包括如下步驟:[0009](I)對(duì)雙行星排式混合動(dòng)力汽車的工作過程分析，確定系統(tǒng)選取的所有驅(qū)動(dòng)模式；
[0010](2)確定系統(tǒng)在各個(gè)驅(qū)動(dòng)模式下實(shí)際工作過程的動(dòng)力學(xué)方程；
[0011](3)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率和電池荷電狀態(tài)變化率進(jìn)行分段線性近似；
[0012](4)基于混合邏輯動(dòng)態(tài)建立雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)混雜動(dòng)態(tài)模型；
[0013](5)對(duì)雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)混雜動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行模型預(yù)測(cè)控制，獲取系統(tǒng)最佳驅(qū)動(dòng)模式切換序列，同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化；
[0014](6)基于多參數(shù)規(guī)劃技術(shù)將混雜模型預(yù)測(cè)控制律轉(zhuǎn)換為分段仿射形式，設(shè)計(jì)實(shí)際控制器進(jìn)行實(shí)車應(yīng)用。
[0015]進(jìn)一步地，步驟(1)中的驅(qū)動(dòng)模式分為:純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、三動(dòng)力源聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、行車充電、再生制動(dòng)。
[0016]進(jìn)一步地，步驟(2)中的動(dòng)力學(xué)方程如下:
[0017]①.純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式:
【權(quán)利要求】
1.一種雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)對(duì)雙行星排式混合動(dòng)力汽車的工作過程分析，確定系統(tǒng)選取的驅(qū)動(dòng)模式； (2)確定系統(tǒng)在各個(gè)驅(qū)動(dòng)模式下實(shí)際工作過程的動(dòng)力學(xué)方程； (3)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率和電池荷電狀態(tài)變化率進(jìn)行分段線性近似； (4)基于混合邏輯動(dòng)態(tài)建立雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)混雜動(dòng)態(tài)模型； (5)對(duì)雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)混雜動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行模型預(yù)測(cè)控制，獲取系統(tǒng)最佳驅(qū)動(dòng)模式切換序列，同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)之間的轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化； (6)基于多參數(shù)規(guī)劃技術(shù)將混雜模型預(yù)測(cè)控制律轉(zhuǎn)換為分段仿射形式，設(shè)計(jì)實(shí)際控制器進(jìn)行實(shí)車應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，其特征在于，所述步驟(1)中的驅(qū)動(dòng)模式分為:純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、三動(dòng)力源聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、行車充電、再生制動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中的動(dòng)力學(xué)方程如下: ①.純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式: 電池荷電狀態(tài)變化率
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，其特征在于，所述步驟(3)中的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率分段線性近似包括如下步驟: A.獲取雙行星排式混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線； B.基于分段線性函數(shù)擬合在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的分段區(qū)間設(shè)定不超過300rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，其特征在于，所述步驟(3)中的電池荷電狀態(tài)變化率分段線性近似包括如下步驟: A.獲取雙行星排式混合動(dòng)力汽車電動(dòng)機(jī)的效率特性曲線； B.針對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大于零和電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩小于零，這兩種情況，進(jìn)行電池荷電狀態(tài)變化率的線性擬合； C.基于分段線性函數(shù)擬合在電機(jī)轉(zhuǎn)速固定的情況下，電池荷電狀態(tài)與電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，電機(jī)轉(zhuǎn)速的分段區(qū)間設(shè)定不超過250rpm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中的基于混合邏輯動(dòng)態(tài)建立雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)混雜動(dòng)態(tài)模型包括如下步驟: A.基于命題邏輯對(duì)雙行星排式混合動(dòng)力汽車各個(gè)驅(qū)動(dòng)模式和各個(gè)驅(qū)動(dòng)模式下的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率和電池荷電狀態(tài)變化率進(jìn)行描述； B.結(jié)合邏輯變量形成雙行星排式混合動(dòng)力汽車在所有驅(qū)動(dòng)模式下的統(tǒng)一狀態(tài)空間方程; C.引入輔助連續(xù)變量，將統(tǒng)一狀態(tài)空間方程轉(zhuǎn)化為混合邏輯動(dòng)態(tài)規(guī)范形式； D.將命題邏輯和相關(guān)操作規(guī)則轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性不等式，形成混合邏輯動(dòng)態(tài)規(guī)范形式下的不等式方程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理混雜模型控制方法，其特征在于，所述步驟(5)中的雙行星排式混合動(dòng)力汽車能量管理系統(tǒng)混雜模型預(yù)測(cè)控制包括如下步驟: A.以燃油消耗量最小為模型預(yù)測(cè)控制目標(biāo)，將所述步驟(4)中建立的混合邏輯動(dòng)態(tài)模型作為預(yù)測(cè)模型； B.將系統(tǒng)的控制輸出定義為驅(qū)動(dòng)模式的選擇以及該模式下發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配，同時(shí)設(shè)定電池荷電狀態(tài)的變化范圍； C.將優(yōu)化控制問題轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題進(jìn)行求解； D.對(duì)求取的混雜模型預(yù)測(cè)控制律進(jìn)行性能仿真，針對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整，取得最優(yōu)的控制效果。
【文檔編號(hào)】B60W30/182GK103770779SQ201410036447
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月25日
【發(fā)明者】汪少華, 陳龍, 孫曉強(qiáng), 施德華, 殷春芳 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)